带叶片海上风力塔架结构模型振动台试验研究及有限元模拟

吕冬霖; 孙海林; 祝磊

doi:10.3724/j.gyjz.G23030301

带叶片海上风力塔架结构模型振动台试验研究及有限元模拟

doi: 10.3724/j.gyjz.G23030301

吕冬霖^1,2,3,4,
孙海林⁵,
祝磊^1,2,3,4, ,

1. 北京建筑大学土木与交通工程学院, 北京未来城市设计高精尖创新中心, 北京 100044;
2. 北京建筑大学, 工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心, 北京 100044;
3. 北京建筑大学, 北京市建筑结构与环境修复功能材料重点实验室, 北京 100044;
4. 北京建筑大学大型多功能振动台阵实验室, 北京 100044;
5. 中国建筑设计研究院有限公司, 北京 100044

详细信息

作者简介:
吕冬霖，主要从事风电塔架结构、钢结构与组合结构及文化遗产结构加固研究。

通讯作者:
祝磊，博士，教授，主要从事风电塔结构和建筑钢结构研究，zhulei@bucea.edu.cn。

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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-03
- 网络出版日期: 2025-06-07
- 刊出日期: 2025-03-20

Shaking Table Tests and Finite Element Analysis of an Offshore Wind Turbine Model with Blades

LYU Donglin^1,2,3,4,
SUN Hailin⁵,
ZHU Lei^{1,2,3,4
, ,}

1. Beijing Advanced Innovation Center for Future Urban Design, School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China;
2. Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Structural Engineering and New Materials, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China;
3. Beijing Key Laboratory of Functional Materials for Building Structure and Environment Remediation, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China;
4. Multi-Functional Shaking Tables Laboratory, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China;
5. China Architecture Design and Research Group, Beijing 100044, China

摘要

摘要: 海上风力发电机由风电机组和支撑结构组成，支撑结构在风电机组的稳定运行中发挥着不可或缺的作用，研究和开发适应海洋环境的塔筒和下部结构十分必要。三脚架是一类广泛应用于水深为30~40 m水域的支撑结构，相比于较为丰富的单桩结构研究，对三脚架结构的研究尚较为匮乏。对带叶片的海上风电塔三脚架1∶20缩尺模型开展了振动台试验，研究了结构的动力特性及其在峰值加速度为0.6g的三条天然地震波作用下的动力响应，并将有无叶片情况所得的结果进行对比，发现有叶片模型的自振频率和地震响应均有一定程度的下降。在桩侧设置支撑以分析土体约束对结构的影响，对比有无支撑时的试验结果。结果表明，在无支撑情况下，结构前2阶自振频率分别下降7.71%和10.53%，地震响应幅值下降6.83%~67.94%。采用有限元软件ANSYS对结构进行分析，并将模拟结果与试验结果进行对比，两者结果基本一致。
- 风力发电机 /
- 三脚架结构 /
- 振动台试验 /
- 动力分析 /
- 有限元分析 /
- 风机叶片
Abstract: Offshore wind turbines are composed of wind turbines and support structures， which play an important role in maintaining the stability and safety of wind turbines. To further explore ocean wind energy， new types of tower barrels and substructures which more suitable for ocean environment need to be researched and developed. Tripod structures have been widely used in the water areas where the water depth is between 30 and 40 meters. However， compared with intensive studies on monopile， the research on tripod structures still needs to be conducted. Shaking table tests were conducted on a 1/20 scaled model of an offshore tripod-supported wind turbine tower with blades， as as to investigate the dynamic characteristics of the tripod structure with blades and its dynamic responses under three natural seismic ground motions with a peak ground acceleration of 0.6g， comparing the results of the tripod structure with and without blades， it was found that the natural frequency and seismic response of the model with blades were lower than that without blades. Lateral supports were set around piles to investigate the influence of soil constraint on the structure， and test results showed that compared with the model with braces， the first two-order natural frequencies of the model without braces decreased approximately 7.71% and 10.53%， respectively， and the amplitude ofseismic responses decreased by 6.83%-67.94%.The FEM software ANSYS was used to carry out a time history analysis of the model， and the results of finite element analysis agreed well with the results of experimental investigations.
- wind turbine /
- tripod structure /
- shaking table test /
- dynamic analysis /
- finite element analysis /
- blades

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